用于磁隧道结的间隔件堆叠件
阅读说明：本技术 用于磁隧道结的间隔件堆叠件 (Spacer stack for magnetic tunnel junction ) 是由 刘中伟 蓝锦坤 于 2019-03-05 设计创作，主要内容包括：本发明实施例描述形成具有金属化合物层的间隔件的示例性方法。该方法包括：在互连层上方形成磁隧道结(MTJ)结构和在磁隧道结结构和互连层上方沉积第一间隔件层。该方法还包括在第一间隔材料,磁隧道结结构和互连层上方沉积第二间隔件层,其中,第二间隔件层比第一间隔件层薄,并包括金属化合物。此外,该方法还包括：在第二间隔件层上方和MTJ结构之间沉积第三间隔件层。第二间隔件比第一间隔件薄。本发明实施例涉及用于磁隧道结的间隔件堆叠件。(Embodiments describe an exemplary method of forming a spacer having a metal compound layer. The method comprises the following steps: a Magnetic Tunnel Junction (MTJ) structure is formed over the interconnect layer and a first spacer layer is deposited over the MTJ structure and the interconnect layer. The method also includes depositing a second spacer layer over the first spacer material, the magnetic tunnel junction structure, and the interconnect layer, wherein the second spacer layer is thinner than the first spacer layer and comprises a metal compound. In addition, the method further comprises: a third spacer layer is deposited over the second spacer layer and between the MTJ structures. The second spacer is thinner than the first spacer. Embodiments of the invention relate to a spacer stack for a magnetic tunnel junction.)
技术领域
本发明实施例涉及用于磁隧道结的间隔件堆叠件。
背景技术
磁隧道结(MTJ)是磁随机存取存储器(MRAM)的主要部分。MTJ结构的制造工艺可涉及各种操作，诸如金属和电介质沉积，光刻，蚀刻工艺等。MTJ可形成在后段制程(BEOL)互连层之间并通过间隔件堆叠件双边分离，可以在每个MTJ结构的侧壁上形成间隔件堆叠件。
发明内容
根据本发明的一些实施例，提供了一种用于形成半导体器件的方法，包括：在互连层上方形成磁隧道结(MTJ)结构；在所述磁隧道结结构和所述互连层上方沉积第一间隔件层，其中，蚀刻所述第一间隔件层以暴露所述磁隧道结结构的顶部电极和所述互连层；在所述第一间隔件层，所述磁隧道结结构和所述互连层上方沉积第二间隔件层，其中，所述第二间隔件层比所述第一间隔件层薄，并包括金属化合物；以及蚀刻所述第二间隔件层以暴露所述磁隧道结结构的顶部电极。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种半导体结构，包括：衬底，具有设置在所述衬底上的晶体管、接触层和一个或多个互连层；一个或多个磁隧道结(MTJ)结构，位于所述一个或多个互连层上方，其中，所述一个或多个磁隧道结结构的底部电极设置在所述一个或多个互连层的顶部互连层中的通孔上；第一间隔件，位于所述一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上；金属化合物层，位于所述一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上方和所述顶部互连层上方，其中，所述金属化合物层形成比所述第一间隔件薄的第二间隔件；以及第三间隔件，位于所述金属化合物层上，其中，所述第三间隔件比所述第二间隔件厚并且设置在所述磁隧道结结构之间。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种半导体结构，包括：互连层，位于衬底上方并且包括线和通孔；磁隧道结(MTJ)结构，设置在所述互连层中的通孔上方，其中，所述磁隧道结结构的底部电极与所述互连层中的通孔接触；第一间隔件，位于所述磁隧道结结构的每个侧壁表面上；以及第二间隔件，位于所述第一间隔件和所述互连层上方，其中，所述第二间隔件包括金属化合物层。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。
图1是根据一些实施例的用于形成具有以金属化合物层为特征的间隔件堆叠件的磁隧道结结构的示例性制造方法的流程图。
图2是根据一些实施例的互连层上方的示例性磁隧道结层的横截面图。
图3是根据一些实施例的在光刻和蚀刻操作之后的互连层中的通孔上的磁隧道结结构的截面图。
图4是根据一些实施例的在沉积第一间隔件层之后的互连层上方的磁隧道结结构的截面图。
图5是根据一些实施例的在第一间隔件层的回蚀工艺之后的互连层上方的磁隧道结结构的截面图。
图6是根据一些实施例的在沉积金属化合物层之后的互连层上方的磁隧道结结构的截面图。
图7是根据一些实施例的在金属化合物层的回蚀工艺之后的互连层上方的磁隧道结结构的截面图。
图8是根据一些实施例的在沉积第三间隔件层和介电层之后的互连层上方的磁隧道结结构的截面图。
图9是根据一些实施例的在化学机械平坦化工艺之后在互连层上方具有间隔件堆叠件的磁隧道结结构的截面图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。
而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
这里使用的术语“约”表示可以基于与主题半导体器件相关联的特定技术节点而变化的给定量的值。基于特定技术节点，术语“约”可以指示给定量的值，其在例如值的10-30％内变化(例如，值的±10％，±20％或±30％)。
如本文所用的术语“标称”是指在产品或过程的设计阶段期间设定的组件或过程操作的特征或参数的期望值或目标值，以及高于和/或低于所需值的值的范围。值的范围可能是由于制造工艺或公差的微小变化。除非另外定义，否则本文使用的技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。
如本文所用，术语“基本上”表示在定量的值在数值的±1％至±5％的范围内变化。
磁隧道结(MTJ)是磁随机存取存储器(MRAM)的主要部分。MTJ结构的制造工艺可涉及各种工艺操作，包括金属和电介质沉积，光刻，蚀刻操作等。MTJ堆叠件可***在后段制程(BEOL)互连层之间并通过形成在每个MTJ结构的侧壁上的间隔件堆叠件双边分离。间隔件堆叠件的作用是使MTJ堆叠件彼此电隔离。随着MRAM单元从一个技术代(节点)缩小到下一个技术代(节点)，相邻MTJ结构之间的间距(例如，间隔)减小。因此，需要更薄的间隔件堆叠件件来填充MTJ结构之间的空间。当MTJ结构之间的间隔减小(例如，低于92nm)时，保持MRAM单元中的MTJ结构电隔离对于较薄的间隔件堆叠件(例如厚度低于约30nm的间隔件堆叠件)可能是具有挑战性的。
本文描述的实施例涉及描述间隔件堆叠件的形成的示例性制造方法。在一些实施例中，MTJ结构之间的间隔件堆叠件的厚度低于约30nm(例如，约25nm)，并且间隔件堆叠件间距在约80nm与约92nm之间。在一些实施例中，间隔件堆叠件可包括具有改善的介电特性(例如，电隔离特性)的金属化合物层。金属化合物层可包括氧化铝，氮化铝，氧化钛，氮化钛，氧化钌或任何其它合适的材料，并且可具有低于约5nm(例如，约3nm)的厚度。金属化合物层可以***在氮化硅，碳氮化硅，氮氧化硅，碳氧化硅，氧化硅或其组合的层之间，以在MTJ结构的每个侧壁表面上形成间隔件堆叠件。在一些实施例中，通过热原子层沉积或等离子体辅助原子层沉积来沉积金属化合物层。根据一些实施例，与没有金属化合物层的间隔件堆叠件相比，具有金属化合物层的间隔件堆叠件表现出改善的电隔离特性。因此，具有金属化合物层的间隔件堆叠件可以更紧凑(例如，更薄)。
图1是根据一些实施例的示例性制造方法100的流程图，其描述了具有金属化合物层的MTJ间隔件堆叠件的形成。根据一些实施例，金属化合物层可以利用热原子层沉积(ALD)或等离子体增强原子层沉积(PEALD)在约150℃至约400℃的温度范围下沉积。制造方法100不限于下面描述的操作。其他制造操作(例如，湿法清洁，附加光刻和沉积操作等)可以在制造方法100的各种操作之间执行，并且可以仅为了清楚起见而省略。即使未描述，这些制造操作也在本公开的精神和范围内。
在参考图1时，示例性制造方法100开始于操作110并且在互连层上方形成一个或多个MTJ结构。将使用图2和3作为实例描述一个或多个MTJ结构的形成。图2是位于一个或多个互连层205上方的毯式沉积的MTJ层200的截面图。MTJ层200可包括底部电极210，MTJ堆叠件215和顶部电极220。作为示例和不限于此，MTJ堆叠件215可以是多层结构，其包括***在两个铁磁层之间的非导电层。为简单起见，MTJ堆叠件215中的非导电层和铁磁层未在图2中示出。作为示例而非限制，MTJ堆叠件215的非导电层可以包括氧化镁(MgO)、氧化铝(AlOx)、氧氮化铝(AlON)、任何其他合适的材料，或其组合。此外，可以通过物理气相沉积(PVD)来沉积非导电层。或者，非导电层可以通过其他沉积方法沉积，例如等离子体增强PVD(PEVD)，化学气相沉积(CVD)，等离子体增强CVD(PECVD)，ALD，PEALD或任何其他合适的沉积方法。MTJ堆叠件215的铁磁层可包括具有一个或多个层的金属堆叠件，所述层包括铁(Fe)，钴(Co)，钌(Ru)，镁(Mg)，任何其他合适的材料，或其组合。可以通过PVD，PEVD，CVD，PECVD，ALD，PEALD或任何其他合适的沉积方法来沉积铁磁层。在一些实施例中，MTJ层200的组合厚度可以在大约
顶部电极220和底部电极210与MTJ堆叠件215的相应铁磁层接触。作为示例而非限制，顶部电极220可包括钽(Ta)，氮化钽(TaN)，氮化钛(TiN)，钨(W)，任何其他合适的材料，或其组合。此外，顶部电极220可以通过CVD或PVD方法沉积。在一些实施例中，顶部电极220可以是包括TiN和TaN层的堆叠件。底部电极210可包括TiN，TaN，Ru，铜(Cu)，任何其他合适的材料，或其组合。底部电极210也可以通过CVD或PVD方法沉积。在一些实施例中，顶部电极220和底部电极210可各自具有介于约与约之间的厚度。
在一些实施例中，可以在形成MTJ层200之前形成互连层205。根据一些实施例，互连层205可以形成在先前形成的互连层上方，为简单起见，图2中未示出。这些先前形成的互连层可以包括例如BEOL互连层，中段制程(MOL)层(例如，接触互连件)，以及在衬底(例如，晶圆)上方形成的场效应晶体管(FET)。作为示例而非限制，互连层205可以是具有若干垂直互连接入线和横向线(在本文中也称为“线”)的BEOL层。图2中的互连层205示出为具有通孔225，而为简单起见，未包括线。出于示例目的，通孔225被描述为具有互连层205。然而，基于本文的公开内容，线也是互连层205的一部分并且在本公开的精神和范围内。此外，图2中所示的通孔225的数量不是限制性的，并且附加通孔225是可能的。
根据一些实施例，互连层205的通孔225(和线)可以填充有金属堆叠件，该金属堆叠件至少包括阻挡层230和金属填充物235。阻挡层230可以是单层或两层或更多层的堆叠件。在一些实施例中，金属填充物235可以是电镀金属或金属合金。作为示例而非限制，阻挡层230可以是通过PVD沉积的钽(TaN)/钽(Ta)堆叠件或钴(Co)单层。金属填充物235可以是电镀铜或电镀铜合金，例如铜-锰，铜-钌或任何其他合适的材料。通孔(例如，通孔225)和互连层205的线嵌入在层间介电(ILD)层240和245中。在一些实施例中，ILD层240和245可以是氧化硅或具有低于热生长的氧化硅的介电常数(例如，低于3.9)的介电常数的低k材料。在一些实施例中，ILD层240和245可以是电介质的堆叠件，例如，低k电介质和另一电介质：(i)低k电介质(例如，碳掺杂的氧化硅)和氮掺杂的碳化硅；(ii)低k电介质和氧掺杂的碳化硅；(iii)具有氮化硅的低k电介质；或(iv)具有氧化硅的低k电介质。此外，可以用高密度等离子体CVD(HDPCVD)或PECVD工艺沉积ILD层240和245。在一些实施例中，ILD层240可以与ILD层245不同。例如，ILD层240可以是碳掺杂的氧化硅(SiOC)，和ILD层245可以是氧化硅。在一些实施例中，蚀刻停止层250和255***在ILD层240和245之间。作为示例而非限制，蚀刻停止层250可包括碳氮化硅(SiCN)或氮化铝(AlN)并且可具有在约
可以使用光刻和蚀刻操作来图案化MTJ层200。结果，可以根据方法100的操作110形成一个或多个MTJ结构。例如，可以在顶部电极220上方设置和图案化掩模层(图2中未示出)。掩模层可以包括一个或多个层并且具有约
如图3所示，MTJ结构300可以由互连层205上方的MTJ层200的未蚀刻部分形成。在一些实施例中，图案化的掩模层与互连层205的通孔225对准，使得如图3所示，MTJ结构300形成在通孔225的顶部上。因此，MTJ结构300的每个底部电极210可以与相应的下面的互连层205的通孔225电接触和物理接触。另外，并且作为在上述蚀刻工艺的结果中，在形成MTJ结构300期间，ILD层245的顶面可以相对于通孔225的顶面凹进。在蚀刻工艺之后，MTJ结构300顶部上的图案化掩模层，图3中未示出，可以用湿清洁工艺去除。
根据一些实施例，取决于MRAM布局设计，相邻MTJ结构300之间的间距P可以在约80nm至约92nm(例如，约82nm)的范围内。这意味着相邻(例如，邻近的)MTJ结构300的侧壁之间的空间可小于约80nm。
参考图1，方法100继续操作120并且在一个或多个MTJ结构300的每个侧壁上形成第一间隔件。作为示例而非限制，可以使用图4和图5描述第一间隔件形成工艺。参考图4，第一间隔件材料400可以毯式沉积在MTJ结构300和ILD层245上，厚度在约和约
在沉积第一间隔件材料400之后，可以使用各向异性回蚀工艺从MTJ结构300的水平表面(例如，从顶部电极220的顶面)和ILD层245选择性地去除第一间隔件材料400。各向异性回蚀工艺(例如，定向蚀刻工艺)可以被配置为对于水平表面上的第一间隔件材料400表现出比非水平表面(诸如MTJ结构300的侧壁表面)更高的去除率(例如，至少高2倍或更多)。因此，覆盖MTJ结构300的侧壁表面的第一间隔件材料400的未蚀刻部分可以形成第一间隔件500，如图5所示。在一些实施例中，由于回蚀工艺的各向异性性质，第一间隔件材料400从顶部电极220的顶角凹进。因此，如图5所示，第一间隔件500不覆盖顶部电极220的整个侧壁表面。
根据一些实施例，各向异性回蚀工艺可包括具有电感耦合等离子体(RIE-ICP)的离子束蚀刻工艺或反应离子蚀刻(RIE)工艺。在一些实施例中，离子束蚀刻工艺可以使用选择性地靶向将要执行蚀刻的区域的离子束。离子束可以由氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)或氙(Xe)等离子体产生。作为示例而非限制，在蚀刻工艺期间离子束的能量可以在约100eV和约1200eV之间。或者，RIE-ICP工艺可以使用蚀刻剂，例如四氟甲烷(CF4)，二氟甲烷(CH2F2)，氯(Cl2)，Ar，He，有机气体或其组合。
在参考图1时，方法100继续操作130，其中在第一间隔件，一个或多个MTJ结构300和顶部互连层205上方沉积金属化合物层。例如，如图6所示，金属化合物层600可以共形地沉积在第一间隔件500，MTJ结构300和互连层205上方。根据一些实施例，金属化合物层600可以通过热ALD或等离子体增强ALD工艺共形地沉积，厚度在约5埃和约50埃之间(例如约30埃)。换句话说，如此沉积的金属化合物层600可以比第一间隔件500薄。在热ALD工艺中，沉积温度可以在约150℃至约400℃的范围内。另一方面，等离子体增强工艺的沉积温度可以更低。例如，等离子体增强工艺的沉积温度可以在约50℃和约350℃之间(例如，100℃，150℃，200℃，350℃等)。在一些实施例中，热和等离子体增强的ALD的工艺压力可以在约0.5托至约10托的范围内。上述工艺压力范围是示例性的，并且可以使用其他范围。根据一些实施例，金属化合物层600可包括氮化铝(AlNx)，氧化铝(AlOx)，氮化钛(TiN)，氧化钛(TiOx)，氧化钌(RuOx)或任何其他合适的材料。例如，出于举例的目的，方法100中的金属化合物层600将在铝基层的背景下描述，例如氮化铝和氧化铝。基于本文的公开内容，可以使用如上所述的其他金属化合物层。这些其他金属化合物层在本公开的精神和范围内。
对于包括氮化铝或氧化铝的金属化合物层600，可以使用三甲基铝(TMA)(Al2(CH3)6)前体作为沉积膜的铝源。作为示例而非限制，氮化铝的形成可以描述如下。首先，用氨(NH3)对第一间隔件500，MTJ结构300和ILD层245进行热预处理；例如，具有MTJ结构300和互连层205的晶圆暴露于氨(NH3)气体。或者，可以用等离子体处理第一间隔件500，MTJ结构300和ILD层245。在一些实施例中，等离子体可包括(i)氨与氦，氢或氩的混合物；(ii)氮与氦，氢或氩的混合物。等离子体处理可以在与沉积温度相似的温度下(例如，在约150℃和约400℃之间)并且在与沉积工艺压力类似的工艺压力下(例如，在约0.5托和约10托之间)进行。作为预处理(例如，热或等离子体)的结果，氨基自由基(NH2)可以化学吸附在第一间隔件500，MTJ结构300和ILD层245的暴露表面上。随后可以通过净化去除未反应的NH3气体。随后可以进行TMA浸泡，其中引入前体并使其与暴露表面上的氨基自由基化学反应。作为反应的结果，前体部分地分解(例如，释放甲基)并将其自身附着到表面上的氨基。随后的净化除去任何未反应的TMA前体以及氨基自由基和TMA前体之间的反应的副产物(例如甲烷，CH4)。然后重新引入NH3气体以与部分分解的前体反应以形成氮化铝。随后的净化除去化学反应的副产物(例如甲烷)和任何未反应的NH 3气体。
上述工艺顺序产生氮化铝膜，取决于工艺条件(例如，工艺压力，温度，气体和前体流等)，其厚度范围为约至约
在一些实施例中，后处理可用于使沉积的氮化铝致密化；例如，通过去除氢。例如，射频(RF)NH3等离子体可用于从氮化铝层去除氢。根据一些实施例，施加到等离子体的RF功率可以在大约100瓦特到大约500瓦特的范围内。然而，前述RF功率范围不应被视为限制，并且可以使用其他范围。作为示例而非限制，后处理可持续长达一分钟并且可以利用上述沉积工艺原位执行。所得氮化铝层的氮与铝的比(N/Al)可在约0.67和约2.3之间。因此，通过X射线光电子能谱(XPS)或其他适当的方法测量，氮化铝层中的铝原子百分比可以为约40至约70，氮原子百分比为约30至约60。由于铝源是TMA(例如，有机金属前体)，因此在氮化铝层中可以发现痕量的残余碳。例如，氮化铝层中的碳原子百分比可在约1至约2的范围内。在一些实施例中，经处理的氮化铝的介电常数可为约7至约8，并且当通过X射线反射测量法测量时，其密度为约2g/cm3至约3g/cm3的范围内。由于它们的高介电常数和密度，与具有较低介电常数的层(例如氧化硅，氮化硅，碳氮化硅等)相比，薄的氮化铝层(例如，小于50埃)可以提供改善的电隔离。
氧化铝金属化合物层的沉积与上述氮化铝的工艺顺序非常相似。然而，在氧化铝沉积的情况下，TMA净化后的NH3暴露可以用1-丁醇(C4H9OH)浸泡代替，其中部分分解的TMA前体可以与1-丁醇反应形成铝-氧键，并最终氧化铝。与氮化铝的情况类似，利用RF NH3等离子体的后处理可以用于通过去除氢来使沉积的氧化铝金属化合物层致密化。根据一些实施例，施加到等离子体的RF功率可以在大约100瓦特到大约500瓦特的范围内。所得到的氮化铝膜的铝氧比(Al/O)可以为约1.2至约2.3。此外，通过XPS测量，铝原子百分比可以在约30至约45之间，而氮原子百分比可以在约55至约70之间。作为示例而非限制，通过卢瑟福背散射光谱法(RBS)测量，等离子体处理的氧化铝膜中的氢原子百分比可以在0至约3的范围内。在一些实施例中，形成的氧化铝金属化合物层可具有介于约7和约9.5之间的介电常数，并且通过X射线反射测量法测量的其密度可为约3g/cm3至约3.53g/cm3的范围内。由于它们的高介电常数和密度，与具有较低介电常数的层(诸如氧化硅，氮化硅，碳氮化硅等)相比，薄的氧化铝层(例如，小于50埃)可以提供改善的电隔离。
参考图1和图7，方法100继续操作140，其中可以使用回蚀工艺来凹进金属化合物层600，使得可以在MTJ结构300的每个侧壁上形成第二间隔件600。在一些实施例中，回蚀工艺将部分地去除位于ILD层245的顶面上方的金属化合物层600，并将暴露MTJ结构300的顶部电极220的部分，如图7所示。在一些实施例中，操作120的回蚀工艺可在操作140中使用。例如，操作140的回蚀工艺可以使用离子束蚀刻工艺或具有电感耦合等离子体(RIE-ICP)的反应离子蚀刻(RIE)工艺。在一些实施例中，离子束蚀刻工艺可以使用选择性地靶向将要执行蚀刻的区域的离子束。离子束可以由氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)或氙(Xe)等离子体产生。作为示例而非限制，在蚀刻工艺期间离子束的能量可以在约100eV和约1200eV之间。或者，RIE-ICP工艺可以使用蚀刻剂，例如四氟甲烷(CF4)，二氟甲烷(CH2F2)，氯Cl2，Ar，He，有机气体或其组合。用于形成第一和第二间隔件(例如，第一间隔件500和第二间隔件600)的回蚀工艺不限于上述的回蚀工艺。因此，可以使用替代的回蚀工艺来形成第一间隔件500和第二间隔件600。此外，在一些实施例中，氮化铝或氧化铝金属化合物层600可以表现出约2：1至约10：1的蚀刻选择性(例如，2：1、5：1、8：1、10：1)。然而，上述选择性范围不是限制性的，并且更高的选择性比是可能的(例如，50：1)。
在参考图1中，方法100继续操作150并在第二间隔件(例如，蚀刻的金属化合物层600)上方成第三间隔件。参照图8，可以在金属化合物层600上方毯式沉积第三间隔件800。在一些实施例中，第三间隔件800包括介电材料，诸如厚度在约100埃至约500埃之间(例如约150埃)的氮化硅，碳氮化硅，氧化硅，碳掺杂的氧化硅，或者氧化硅-碳氮化物。因此，在一些实施例中，第三间隔件800可以比金属化合物层600(例如，第二间隔件)厚。如上所述，图1中所示的MTJ结构300之间的间距P可以在约80nm和92nm的范围内。因此，在形成第一和第二间隔件之后，MTJ结构300之间的间隔将减小到小于80nm。因此，期望可以利用具有增强的间隙填充特性的沉积方法来沉积第三间隔件800。作为示例而非限制，可以通过PEALD，CVD，ALD或具有增强的间隙填充能力的沉积方法来沉积第三间隔件800，使得第三间隔件800可以填充MTJ结构300之间的空间，如图8所示。
根据一些实施例，第一间隔件500，金属化合物层600(第二间隔件)和第三间隔件800形成间隔件堆叠件，其中金属化合物层600(第二间隔件)比第一间隔件500和第三间隔件800薄。此外，间隔件堆叠件可具有约30nm的厚度。
在一些实施例中，介电层805可以沉积在第三间隔件800上方。作为示例而非限制，介电层805可以是用四乙氧基硅烷(TEOS)生长的氧化硅(SiO2)层间电介质。或者，介电层805可以是低介电常数层间电介质；例如，介电常数低于3.9。在一些实施例中，介电层805可具有约
在一些实施例中，与限于诸如氮化硅，碳氮化硅，氧化硅，碳掺杂的的氧化硅或碳氮氧化硅的硅基层的间隔件堆叠件相比，具有金属化合物层(诸如氮化铝或氧化铝)的间隔件堆叠件可以表现出改善的介电特性。因此，具有金属化合物层的间隔件堆叠件可以是紧凑的(例如，具有低于约
本公开涉及用于形成其中具有金属化合物层的间隔件堆叠件的示例性制造方法。在一些实施例中，金属层可以改善相邻MTJ结构之间的电隔离。作为示例而非限制，间隔件堆叠件可包括5nm或更薄(例如，约3nm)的金属化合物层，其可包括氧化铝，氮化铝，氧化钛，氮化钛，氧化钌或任何其他合适的材料。金属化合物层可以***在氮化硅，碳氮化硅，氮氧化硅，碳氮氧化硅，氧化硅或其组合的层之间，以在MTJ结构的每个侧壁表面上形成间隔件堆叠件。在一些实施例中，可以利用热原子层沉积或等离子体增强原子层沉积工艺共形地沉积金属化合物层。根据一些实施例，与没有金属化合物层的间隔件堆叠件相比，具有金属化合物层的间隔件堆叠件表现出改善的电隔离特性，因此可以更紧凑(例如，更薄)。
在一些实施例中，一种方法包括：在互连层上方形成磁隧道结(MTJ)结构。方法还包括在磁隧道结结构和互连层上方沉积第一间隔件层，其中，蚀刻第一间隔件层以暴露磁隧道结结构的顶部电极和互连层。该方法还包括在第一间隔材料，磁隧道结结构和互连层上方沉积第二间隔件层，其中，第二间隔件层比第一间隔件层薄，并包括金属化合物。此外，该方法还包括：蚀刻第二间隔件层以暴露磁隧道结结构的顶部电极。
在一些实施例中，一种结构包括：衬底，具有设置在衬底上的晶体管，接触层和一个或多个互连层。该结构还包括位于一个或多个互连层上方的一个或多个磁隧道结(MTJ)结构。其中，一个或多个磁隧道结结构的底部电极设置在一个或多个互连层的顶部互连层中的通孔上。该结构还包括位于一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上的第一间隔件和位于一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上方和顶部互连层上方的金属化合物层，其中，金属化合物层形成比第一间隔件薄的第二间隔件。该结构还包括位于金属化合物层上的第三间隔件，其中，第三间隔件比第二间隔件厚并且设置在磁隧道结结构之间。
在一些实施例中，一种结构包括：位于衬底上方并且包括线和通孔的互连层和设置在互连层中的通孔上方的磁隧道结(MTJ)结构，其中，磁隧道结结构的底部电极与互连层中的通孔接触。该结构还包括位于磁隧道结结构的每个侧壁表面上的第一间隔件；以及位于第一间隔件和互连层上方的第二间隔件，其中，第二间隔件包括金属化合物层。
根据本发明的一些实施例，提供了一种用于形成半导体器件的方法，包括：在互连层上方形成磁隧道结(MTJ)结构；在所述磁隧道结结构和所述互连层上方沉积第一间隔件层，其中，蚀刻所述第一间隔件层以暴露所述磁隧道结结构的顶部电极和所述互连层；在所述第一间隔件层，所述磁隧道结结构和所述互连层上方沉积第二间隔件层，其中，所述第二间隔件层比所述第一间隔件层薄，并包括金属化合物；以及蚀刻所述第二间隔件层以暴露所述磁隧道结结构的顶部电极。
在上述方法中，沉积所述第二间隔件层包括：将所述第一间隔件层，所述磁隧道结结构和所述互连层暴露于氨等离子体或氮等离子体；将所述第一间隔件层，所述磁隧道结结构和所述互连层暴露于三甲基铝前体，以在所述第一间隔件层，所述磁隧道结结构和所述互连层上形成部分分解的前体层；以及将部分分解的前体层暴露于氨气或1-丁醇气体中以分别形成氮化铝或氧化铝。
在上述方法中，所述金属化合物包括氧化铝，其中，铝与氧的比率在1.2至2.3之间，介电常数在7至9.5之间。
在上述方法中，所述金属化合物包括氮化铝，其中铝与氮的比率在0.67至2.3之间，介电常数在7至9.5之间。
在上述方法中，所述金属化合物包括氮化钛，氧化钛或氧化钌。
在上述方法中，所述第一间隔件层包括氮化硅，碳氮化硅或它们的组合。
根据本发明的另一些实施例，还提供了一种半导体结构，包括：衬底，具有设置在所述衬底上的晶体管、接触层和一个或多个互连层；一个或多个磁隧道结(MTJ)结构，位于所述一个或多个互连层上方，其中，所述一个或多个磁隧道结结构的底部电极设置在所述一个或多个互连层的顶部互连层中的通孔上；第一间隔件，位于所述一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上；金属化合物层，位于所述一个或多个磁隧道结结构的每个侧壁表面上方和所述顶部互连层上方，其中，所述金属化合物层形成比所述第一间隔件薄的第二间隔件；以及第三间隔件，位于所述金属化合物层上，其中，所述第三间隔件比所述第二间隔件厚并且设置在所述磁隧道结结构之间。
在上述半导体结构中，所述第一间隔件，所述金属化合物层和所述第三间隔件形成厚度小于30nm的间隔件堆叠件。
在上述半导体结构中，所述金属化合物层包括厚度在5埃和50埃之间的铝基氮化物或铝基氧化物。
在上述半导体结构中，所述金属化合物层包括氧化铝层，其中氧与铝的比率在1.2和2.3之间，铝原子百分比在30和45之间。
在上述半导体结构中，所述金属化合物层包括氧化钛，氮化钛或氧化钌。
在上述半导体结构中，所述第一间隔件的厚度在30埃与200埃之间，并且包括氮化硅，碳氮化硅或它们的组合。
在上述半导体结构中，所述第三间隔件具有小于200埃的厚度，并且包括氮化硅、碳氮化硅、氧化硅、碳掺杂的氧化硅、碳氮氧化硅或它们的组合。
在上述半导体结构中，还包括：层间电介质，围绕所述第三间隔件；以及另一互连层，位于所述层间电介质和所述一个或多个磁隧道结结构上方，其中，所述一个或多个磁隧道结结构的顶部电极与所述另一互连层中的通孔接触。
根据本发明的又一些实施例，还提供了一种半导体结构，包括：互连层，位于衬底上方并且包括线和通孔；磁隧道结(MTJ)结构，设置在所述互连层中的通孔上方，其中，所述磁隧道结结构的底部电极与所述互连层中的通孔接触；第一间隔件，位于所述磁隧道结结构的每个侧壁表面上；以及第二间隔件，位于所述第一间隔件和所述互连层上方，其中，所述第二间隔件包括金属化合物层。
在上述半导体结构中，还包括第三间隔件；和介电层，围绕所述第三间隔件，其中，所述介电层的顶面与第三间隔件的顶面和所述磁隧道结结构的顶部电极的顶面共面。
在上述半导体结构中，所述第一间隔件，所述第二间隔件和所述第三间隔件的组合厚度小于30nm。
在上述半导体结构中，所述磁隧道结结构以80nm至92nm的间距分隔开。
在上述半导体结构中，所述金属化合物层的厚度小于50埃并且包括氧化铝、氮化铝、氮化钛、氧化钛或氧化钌。
在上述半导体结构中，在所述互连层和所述衬底之间***额外的互连层、接触层和晶体管。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。
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